3. 경사말뚝(inclined pile)

 경사말뚝은 그림 3-1 과 같이 연직방향 축선에 대하여 어는 각도를 가지고 설치된 말뚝이다. 구조물기초말뚝에는 여러 가지 하중이 작용하는데 이를 정리하여 나타내면 그림 3-2와 같이 2방향으로 분류된다.

연직말뚝의 경우는 연직하중과 말뚝축선이 일치하므로 하중과 말뚝응력의 관계로 보면 가장 합리적인 말뚝이지만 수평하중이 작용하면 말뚝이 휨 응력을 받으므로 비교적 수평저항에 약하다.

수평력이 작을 경우는 연직말뚝으로 수평력을 부담시키면 되지만, 수평력이 클 때 말뚝의 횡 저항만으로 말뚝의 수평력을 지지시키면 말뚝수가 많아져 비경제적으로 된다.

이러한 경우 말뚝을 경사지게 하면 수평력의 일부를 말뚝축 방향력으로 전환시키므로 말뚝의 수평력 부담이 적어져 연직하중 및 수평하중 양쪽이 균형을 이루게 된다.

경사말뚝을 사용하여 수평력을 지지시키려는 발상은 오래전부터 시도되었으며, 교대 및 옹벽 등 배면에 토압, 수압 등이 작용하는 구조물 및 잔교 등 연직하중에 비하여 수평하중이 큰 구조물에 만힝 이용되고 있다.

또한 말뚝기초의 경우 1방향의 경사를 가진 경사말뚝만으로 1개의 기초를 구성하는 경우는 적으며, 경사말뚝을 조합하거나 연직말뚝과 혼용하는 무리말뚝으로 하는 경우가 많다.

경사말뚝의 지지력 계산법은 연직력, 수평력 모두 말뚝축 방향혁으로 치환하는 방법과 각 말뚝에 작용하는 연직성분을 식(1)로 구하고 기초전체에 작용하는 하중과 관련시켜 연력도를 그림 3-3과 같이 그려 도해법으로 수평성분을 구하는 방법등이 이용되고 있다.

상기 방법은 어는 것이나 개략계산법이며, 말뚝머리 구속조건과 지반의 탄성적 성질이 포함되지 않았다. 최근 건설부의 구조물기초 설계기준의 말뚝기초 설계편에는 말뚝머리의 탄성정수를 이용한 무리말뚝의 반력계산식을 채용하여 경사말뚝을 포함한 각 말뚝기초에 작용하는 하중을 합리적으로 구하고 있다 (그림 3-4 참조).

이 방법을 변위법이라 하며, 다음 식(2)와 같이 나타낼 수 있다.

경사각 θ 와 수평저항에 관한 시험에서 松 0 는 모래 지반에 대한 실내시험과 현지시험으로부터 그림 3-5와 같은 도표를 작성하였는데 θ = -15°의 경사각이 최대 저항을 나타낸다고 보고하였다.

또한, 久保는 경사각과 수평저항에 관하여 그림 3-6과 같은 제안을 하고 있다. 상기 2열은 수평각의 관계이며, 경사말뚝에 관한 축직각 방향력과 축직각 방향 변위에 괸한 연구는 앞으로의 연구과제이다.

시공면에서 볼 때 현재의 항타기는 경사각 20 ∼ 30°정도까지 가능한데, 경사각을 크게 하면 말뚝깊이가 커지며, 연약지반에서는 수평저항이 증가해도 압밀침하에 의한 말뚝의 휨 응력이 크게 작용하므로, 이러한 경우는 경사말뚝의 효과가 적기 때문에 일반적으로 경사각을 10 ∼ 15°정도로 하는 경우가 많다.